Un grupo de investigadores revela cómo las neuronas procesan el lenguaje a varias velocidades
Entender cómo procesa el cerebro el lenguaje lleva años intrigando a los científicos. Aunque estudios anteriores ofrecían algunas respuestas, los mecanismos clave seguían sin estar claros. Ahora, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han descubierto cómo las neuronas procesan el lenguaje a distintas escalas temporales. Este avance podría conducir a progresos en la inteligencia artificial y en el tratamiento de los trastornos del lenguaje.
Neurocientíficos del MIT han descubierto que las neuronas del cerebro trabajan a distintas velocidades para procesar eficazmente el lenguaje. El estudio, publicado en Nature Human Behavior, fue dirigido por la profesora del MIT Evelina Fedorenko, con la colaboración de la investigadora posdoctoral Tamar Regev y el estudiante de posgrado de Harvard Colton Casto.
El revolucionario método del MIT para estudiar la actividad cerebral
Para recopilar datos detallados de la actividad cerebral, el MIT utilizó un método más preciso que la imagen por resonancia magnética funcional (IRMf). Aunque la IRMf es habitual, no rastrea neuronas individuales en tiempo real. En su lugar, captura datos de grandes grupos, lo que limita su capacidad para revelar funciones cerebrales específicas.
En este estudio, los científicos utilizaron grabaciones eléctricas directas del cerebro. En la investigación participaron pacientes operados de enfermedades neurológicas graves, como la epilepsia. Los investigadores siguieron la actividad eléctrica de las neuronas de estos pacientes mientras los exponían a diferentes entradas lingüísticas. Estas entradas incluían frases completas, listas de palabras y frases sin sentido como «jabberwocky».
Mediante este método, los científicos observaron cómo las neuronas procesaban el lenguaje en tiempo real. Posteriormente, ampliaron su análisis para incluir a 16 pacientes más, lo que reforzó aún más sus hallazgos.
De las investigaciones pasadas a los nuevos descubrimientos
Las primeras investigaciones sobre el procesamiento del lenguaje se basaron en gran medida en la IRMf, que identificaba las áreas del cerebro implicadas en el lenguaje. Sin embargo, esta tecnología no podía captar los detalles a nivel neuronal. Incluso los primeros trabajos de Fedorenko se vieron limitados por la amplitud de la IRMf, que sugería que grandes áreas cerebrales funcionaban de manera uniforme en las tareas lingüísticas.
Este nuevo estudio cambió esa visión. Al medir directamente la actividad neuronal, el equipo reveló cómo distintos grupos de neuronas procesaban el lenguaje de formas distintas. Esto representa un gran avance, ya que descubre detalles que antes permanecían ocultos.
Nuevas perspectivas sobre el procesamiento del lenguaje
La investigación reveló varias conclusiones importantes:
- Las neuronas procesan el lenguaje en diferentes escalas de tiempo, también conocidas como «ventanas temporales». Algunas neuronas responden al lenguaje en una escala temporal muy corta (milisegundos), mientras que otras lo hacen en escalas más largas (segundos). Estas ventanas permiten a las neuronas centrarse en una sola palabra o interpretar varias, dependiendo de la complejidad de la entrada.
- Escalas temporales cortas frente a largas: Las neuronas que procesan el lenguaje en escalas de tiempo cortas participan en la detección de cambios inmediatos y rápidos en el lenguaje, como sonidos o palabras individuales. Las neuronas que trabajan a escalas de tiempo más largas se ocupan de aspectos más complejos, como la comprensión de frases o del significado global, y analizan las relaciones entre palabras. Algunas neuronas se centran en el reconocimiento inmediato de palabras, mientras que otras interpretan estructuras lingüísticas más amplias.
- Implicaciones para el procesamiento del lenguaje: Los resultados sugieren que el cerebro utiliza un conjunto diverso de neuronas para manejar diferentes aspectos del procesamiento del lenguaje. Esto pone de relieve la complejidad de cómo entendemos y generamos el lenguaje.
El uso de grabaciones eléctricas directas por parte del MIT proporcionó una visión más clara que la IRMf. Este método permitió a los científicos observar comportamientos neuronales que antes eran imposibles de detectar.
El equipo identificó tres grupos distintos de neuronas, cada uno basado en sus ventanas temporales. Estos grupos procesan el lenguaje a distintos niveles. Algunas neuronas respondían a palabras sueltas, otras a grupos de cuatro palabras y el tercer grupo interpretaba hasta seis palabras a la vez. Esta estructura ayuda al cerebro a gestionar eficazmente entradas lingüísticas simples y complejas.
Además, el estudio reveló que las neuronas con ventanas temporales más cortas se localizaban sobre todo en el lóbulo temporal posterior. En cambio, las neuronas con ventanas más largas se repartían más uniformemente por los lóbulos temporal y frontal. Esto sugiere que distintas partes del cerebro se especializan en procesar distintos niveles de complejidad lingüística.
Por último, el estudio confirmó que la red lingüística del cerebro es sensible a las relaciones entre palabras, lo que significa que distintos grupos de neuronas se encargan de tareas distintas. Esto permite al cerebro comprender tanto las palabras individuales como sus funciones dentro de las frases, incluso en un lenguaje complejo o desconocido.
Nuevas posibilidades para la IA, la sanidad y la educación
Esta investigación abre interesantes posibilidades en diversos campos. En inteligencia artificial, por ejemplo, estos hallazgos podrían mejorar los sistemas de procesamiento del lenguaje natural. Los modelos de inteligencia artificial podrían replicar la forma en que el cerebro humano procesa el lenguaje en múltiples niveles, haciendo más precisos el reconocimiento y la comprensión del habla.
En el ámbito sanitario, estos conocimientos podrían conducir a mejores tratamientos de trastornos del lenguaje como la afasia. Dirigirse a grupos neuronales específicos podría ayudar a los científicos a desarrollar terapias que mejoren la comunicación en personas con trastornos del lenguaje.
Este estudio también contribuye a una investigación neurocientífica más amplia. Entender cómo procesan las neuronas el lenguaje permite a los científicos comprender otras funciones cerebrales, como la memoria y la atención. Estos conocimientos podrían conducir a nuevos tratamientos del deterioro cognitivo y los trastornos cerebrales.
En el ámbito educativo, los resultados podrían mejorar las estrategias de enseñanza. Los educadores podrían utilizar estos conocimientos para desarrollar técnicas que se ajusten a la forma en que el cerebro procesa el lenguaje, especialmente para los alumnos con dificultades de lectura o lenguaje.
Avanzando en el conocimiento del cerebro
El estudio del MIT ofrece nuevas perspectivas sobre cómo nuestro cerebro procesa las complejidades del lenguaje. Al identificar grupos de neuronas que manejan el lenguaje a distintas velocidades, los investigadores han abierto la puerta a grandes avances en campos como la inteligencia artificial, la educación y la sanidad. A medida que los futuros estudios se basen en estos hallazgos, es posible que pronto veamos formas innovadoras de mejorar el aprendizaje del lenguaje, tratar los trastornos del habla y crear sistemas de IA más avanzados.
